Alive "mini-hjerner" af neandertalerne til at fortælle, hvad der gør vores hjerne særlige

Han fremhævet DNA fra egyptiske mumier. Han åbnede Denisovskoe folk, en uddød art tidlig mand, sekventeret DNA fra en lille fragment af knogle. Han instruerede mere forskning på restaureringen af ​​Neanderthal genom - og fundet spor af deres gener, der stadig gemmer sig i nogle af os i dag. Nu er den svenske genetiker Svante Pääbo læge igen ønsker at vende palæontologi på hovedet - denne gang han har planer om at vokse stamceller i bittesmå organeller Neanderthal hjerne in vitro.

I hans planer ikke fuld helbredelse Neanderthal hjerne i et kar - snarere, han ønsker at bruge gen redigering, til at give menneskelige stamceller nogle genvarianter findes i neandertalere. Disse redigerede stamcellerne anbringes derefter i en lille celle af hjernen, der efterligner hjernens udvikling hos fosteret, komplet med deres egne blodkar, neurale netværk og fungerende synapser.

Sammenligning vækst neandertalizirovannyh mini-hjerner med den menneskelige hjerne, Pääbo håber at identificere genetiske faktorer, der gør os så speciel.

"The neandertalerne var rimelige, samt andre pattedyr. De gik ikke i havet, hvis du ikke kan se den anden bred, "siger Pääbo. "Men for mig, det største problem i menneskehedens historie er: hvorfor har vi på en måde er blevet så desperat?".

DNA Revolution

Palæontologer har længe spekuleret på, hvordan udviklingen blindet vores vidunderlige hjerner. Sammenligning vores genetik til genetik vores nærmeste slægtninge, aberne, genetikere har identificeret en håndfuld nøje kritisk over forskellige gener. For eksempel små mutationer af FOXP2, synes at ligge i hjertet af vores evne til at danne komplekse fonemer og ord. Nogle mener endda, at FOXP2 - en nøgle biologisk fordel, der giver os vores rige, fyldig sprog. Desværre, kan sammenligningen af ​​genomer kun identificere gener, der adskiller sig mellem mennesker og aber - og det er, hvordan disse gener har formet vores hjerne udvikling, dette spørgsmål er stadig ubesvaret.

"Før i tiden var vi begrænset til kun at se sekventering af data og katalogisering forskellene i andre primater," beklager Neurogenetics Simon Fisher, en førende institut Max Planck Psykolingvistik i Nijmegen, Holland. "Vi er lidt skuffet over at arbejde i så mange år med traditionelle værktøjer."

Nu, takket være den fantastiske DNA-teknologi, alt har ændret sig.

Omkring tredive år siden, Pääbo begyndte til alvorligt at overveje en radikal idé: Er det muligt at udtrække DNA fra dødt væv? Selvom DNA er relativt stabilt i sammenligning med andre biomolekulamii såsom proteiner, begynder det at nedbrydes hurtigt efter døden. Den berømte dobbelthelix, omhyggeligt coiling naturen i en kompakt struktur, med opdelt i flere korte fragmenter over tid. Saml disse fragmenter tilbage i en enkelt struktur er en overordentlig vanskelig opgave, men i 1985, ved hjælp af resterne af 2400 år gammel mumie, Pääbo har overbevisende vist, at dette kan gøres.

Denne opdagelse har åbnet bred dørene til palæontologi. Forskere blev ikke længere bundet af traditionelle DNA af moderne, levende arter; de har et kraftfuldt værktøj, der gør det muligt at gå tilbage i tiden og udforske DNA'et tabt i historien.

Blændet af denne indledende succes, Pääbo talte til neandertalerne, en mystisk gren af ​​mennesker, der er døde mere end 30 000 år siden. I 2016 udgav han den første komplette genom en neandertaler, forskerne og chokerende publikum spændende resultater: fra 1 til 6 procent af Neanderthal generne var til stede hos mennesker fra Europa, Mellemøsten og Fjernøsten. Med andre ord, på et tidspunkt i den gamle historie vore forfædre der danser den vandrette tango med deres Neanderthal fætre og vi - en direkte arv fra disse danse.

"neandertalerne sat deres præg i DNA af mennesker, der lever i dag. Dette er meget cool. Neandertalerne døde ikke helt ud, "sagde Pääbo på det tidspunkt.

Hans opdagelse har ført til en bredere spørgsmål: hvilken udstrækning slægtninge neandertalerne til os? Som moderne mennesker, disse hominids med en bred kæbe og pande konveks bue levede i huler og malet på væggene, skabe hatte og dekoreret deres kroppe med blomster, længe før moderne mennesker forstærket mund i Europa. Men de døde ud, og folk har nået en milliardtedel af størrelsen og spredt over hele kloden.

Sammenligning vores genom, Pääbo gruppe identificeret flere regioner, der indeholder DNA variationer - ændringer, der kunne hjælpe folk med at tilpasse. Blandt dem - de genomiske regioner, der spiller en rolle i kognitive udvikling.

Selv om vores vildt forskellige skæbner måske ikke udelukkende på grund af forskelle i kognition, Pääbo mener, at det ville være godt at starte med dette sted. Og takket organeller hjerne nu han kan teste sin idé.

Brain perler

hjerne organeller kaldet anderledes: cerebral sfære, mini-hjerner, cerebrale organeller. Først opfundet i 2013, disse fancy perler eller dråber hjerne ser meget skræmmende. Men da deres vækst afspejler udviklingen af ​​den menneskelige føtal hjerne, disse perler hurtigt blevet en favorit legetøj neuroforskere.

Opskrifter på hjernen organeller er meget forskellige, men normalt de er fremstillet af humane stamceller. Under nøje overvågning celler udvikler langsomt i de deformerede stykker af hjernevæv ved kemisk suppe. Som en rigtig menneskehjerne, de fleste dråber indeholder en struktur svarende til hjernebarken, den rynkede ydre lag af hjernen, der organiserer højt niveau kognitive funktioner såsom opmærksomhed, sprog og tanke. Efter tilstrækkelig tid, neuroner i hjernen elektriske aktivitet i hældes bolde og forbundet til neurale netværk, med nogle forbindelser strækker sig gennem det organoide. Disse hjerne dråber er ikke "mini-hjerne" i den forstand, at de kan tænke eller føle, nej. Men en omhyggelig analyse af deres cellulære sammensætning og genekspression viste et sæt af funktionelle neuronale typer, det samlede arbejde minder om den føtale hjerne af det andet trimester.

Med andre ord, hjernen bolde - ideelle kandidater til studiet af hjernens udvikling. Siden starten, har de været brugt til at efterligne autisme, skizofreni, og undersøge effekten af ​​virus Zika fostrets hjerne.

Og nu, takket være Pääbo, vil de blive brugt i palæontologi.

Restoration Neanderthals

For at gendanne hele Neanderthal genom, har forskerne måttet ændre en million gener. Denne ambitiøse målsætning er i øjeblikket ikke muligt selv med brug af komplekse genom redigeringsværktøjer, såsom CRISPR.

I stedet ru redigere alle Neandertal-varianter i menneskelige stamceller, Pääbo bruger en mere nuanceret tilgang: kun introducerer tre vigtige gener, der adskiller sig mellem mennesker og neandertalere og derefter sporer effekten af ​​disse gener på udviklingen af ​​hjernen.

Dette er en gennemprøvet metode.

For et par år siden, der arbejder med Wieland Hattnerom, neurolog Institut for Molekylær Cellebiologi og genetik, Max Planck, har holdet vokset hjernen organeller, ved hjælp af hvide blodlegemer fra mennesker og andre primater. Drops hjerne udviklet sig et par uger, så forskerne til at sammenligne og kontrast hvordan cellevækst er forskellig i forskellige arter. Ved hjælp af levende mikroskopi, har forskere opdaget, at humane celler er halvanden gange længere end de aber til at bygge deres kromosomer før adskillelse til datterceller. Og denne forlængelse eller anden måde hjælper folk generere langt flere neurale stamceller end vores nærmeste slægtninge blandt primater. Pääbo håber at finde flere sådanne lyse forskelle i Neanderthal mini-hjerner, fordi de kunne forklare, hvorfor det moderne menneske har vundet som en art.

"Det bedste resultat ville være, at de genetiske ændringer føre til en længere og mere forgrenet vækst af neuroner," siger han. "Man kan sige, at det er et biologisk grundlag for, hvorfor vores hjerne fungerer anderledes."

I sidste ende, det er blot begyndelsen på studiet af menneskets egenart, som blev muligt først nu.